不同板栗品种坚果表型差异分析及稳定性指标筛选

李彤彤　郭素娟　江锡兵

关键词：板栗；坚果表型；品种鉴别；稳定性；环境因子

中图分类号：S664.2 文献标识码：A 文章编号：1001-1498（2023）04-0099-10

板栗（Castanea mollissima Blume）属于壳斗科（Fagaceae）栗属（Castanea Mill.），是我国重要的木本粮食树种。我国板栗品种丰富，目前国审和省审品种达100余个，均在生产上推广应用。然而，品种虽多但大多品种的开发和利用率低，在实际生产、销售过程中常出现品种混淆、难以鉴别等问题。因此，正确识别全国范围板栗品种，对其合理利用、保护品种以及引种栽培等具有重要意义。

近年来，育种家和种质资源科学家越来越认识到植物表型研究的重要性。表型性状具有直观、易于识别的特点，建立品种表型数据是一种有效进行品种鉴定的重要方法。植物种子形态相关性状作为比较稳定的遗传特征，相较于种子大小、颜色、单粒质量等性状，不易受到微环境的影响，使其在品种分类与鉴别中具有重要价值。对于板栗等经济林树种，坚果作为其主要获取器官，在品种资源表型性状调查方面具有简便直观、易获取的优点。

到目前为止，在板栗坚果形态方面也有诸多研究，自2005年起有研究者对不同种质坚果的横纵径、单粒质量指标进行群体间及群体内的差异分析，也证明了坚果的部分形态指标在品种及地域间存在显著差异。此后，刘国彬等验证了杂交后代坚果表型性状出现了显著差异；江锡兵等对中国地方板栗品种的坚果、叶片相关表型性状进行了变异分析，证明坚果表型遗传稳定性高于叶片表型及坚果品质性状；刘亚斌等通过研究引种于迁西地区的39份板栗种质资源的坚果及刺苞相关表型性状，进行区域间形态多样性分析。对板栗表型数据进行收集，从而可以建立表型数据库，利用计算机查询，提高鉴定效率。王风格等建立了一套-DUS测试，通过选择一套适合的形态性状进行表型数据采集，通过对比进行品种鉴定。

综上所述，目前板栗坚果表型性状的研究还存在以下不足：（1）大多集中在遗传多样性分析及资源评价方面，无法准确地应用于品种鉴别；（2）板栗资源的研究大部分利用种质资源以及区域性地方品种，对于全国主栽品种涉及不充分；（3）坚果表型指标只局限于横纵径、果形指数、颜色等性状比较，分析角度单一且缺少坚果底座等重要品种鉴别部位；（4）关于环境地理因子对板栗坚果表型的影响鲜有报道。本研究对板栗坚果的横切面、纵切面、外侧面、底座等部位进行全面综合测量分析，增加相关比值指标，从不同角度对板栗坚果表型进行分析，探究不同地区板栗坚果表型差异，通过探究坚果表型与环境因子的关系，筛选出板栗坚果表型相对稳定指标，对生产实际中板栗品种鉴别及精准应用提供参考。

1材料与方法

1.1样本采集

于2020-2021年各品种板栗成熟期，在中国的10个省、市（直辖市）选择80个品种（表1），在来源地重复采集坚果样本，每一品种2年采集相同数量。每个品种随机选取当地发育良好、健壮板栗树10株并进行标记（每株间隔50 m以上），在每株板栗树的树冠外围东南西北4个方位的结果枝上随机选取球苞共8个，每个品种80个球苞，剥开后随机选出40粒边果，80品种共3200粒，2年间共计6400粒。

此外，以同样的采集方法在我国不同地区分别采集‘燕山早丰、‘处暑红、‘罗田乌壳栗3个板栗品种（表2）。

1.2试验方法

1.2.1坚果表型数据获取 参照《中国果树志：板栗，榛子卷》和《板栗种质资源描述规范和数据标准》对80个板栗品种进行部分坚果表型性状指标的测定，形态见图1，包括：外侧面弧长（Lac），边果横径、纵径、厚度、果形指数（边果横径，纵径），底座长、宽、底座形状指数（底座长宽比），相对底座大小（底座宽度／外侧面弧长即Lbc/Lacb），共9个表型指标。每个指标测量40组数据，并求其平均值，精确到0.01。

对坚果平面、底面、侧立面角度进行拍照，利用image J测量边果面积（平面面积）、周长（平面周长）、圆度，边果横切面积（底座角度面积）、横切面周长，底座面积、周长、圆度，共8个表型指标，每个指标测量40组数据，并求其平均值，精确到0.01。

利用上述测量指标计算：底座弧长／坚果周长（Lfg/Lafg）、底座面积，横切面积、底座长／横径、底座宽／厚度，共4个相关比值指标。

实际面积=参照面积×（实际面积像素点数／参照面积像素点数），参照面积为A4大小。

实际叶片的周长=测得的周长像素点数×2.54／图片分辨率。（1像素点数=1／图片高分辨率inch，1 inch=2.54 cm）

1.2.2

地理气候数据获取 各地区地理位置信息来源于地理位置查询系统，气候因子数据来源于当地各气象站数据资料及中国气象数据网（1981-2020）（http：//www，nmic.cn/data.html）。根据前人研究，选择影响板栗表型最密切的7个气候因子，即年平均温度、生长季平均温度、生长季温差、生长季日照时数、年日照时数、生长季降水量、年降水量，各指标按照6—9月计算平均值。

1.2.3数据处理 利用Excel对21个性状指标进行数据整合，计算各性状平均值、标准差、标准误等；利用SPSS Statistics 23进行多样性分析，利用Origin 2021进行差异性分析，利用R 3.6.1进行相关性分析。

2结果与分析

2.1不同板栗品种坚果表型多样性分析

2.1.1不同板栗品种坚果表型差异性分析 对供试的80个板栗品种按来源地所在省份分类进行差异分析，结果（图2）显示：不同区域的板栗品种在坚果主要表型性状间存在差异。代表坚果长度、面积、弧长等指标是描述坚果大小的重要指标，其中，江苏、湖北、安徽地区的板栗品种平均值较高，北京、河北地区的平均值较低；底座面积、周长及底座长、宽是描述坚果底座大小的重要指标，湖北、江苏、安徽地区的板栗坚果底座平均值高于其他地区；底座弧长，坚果周长、相对底座大小均反映底座占坚果的大小，安徽、湖北、江苏的平均值较高，河北、河南地区的平均值较低；底座面积／横切面积、底座长／坚果横径、底座宽／坚果厚度反映底座占坚果的大小，湖北、江苏、安徽、陕西地区的平均值较高，山东、北京、河北地区的平均值较低；底座长宽比、底座圆度是描述坚果底座形态的指标，江苏、安徽地区的坚果底座形态呈椭圆形，陕西等地区的底座形态接近圆形；坚果果形指数、坚果圆度是描述坚果形态的指标，山东、河北、云南地区的板栗坚果更接近圆形，湖北、江苏、安徽的更接近椭圆形。

综上所述，湖北、江苏、安徽等长江中下游地区在坚果及底座大小相关指标上均大于其他地区，坚果、底座形态均以长椭圆形为主；云南、贵州、河南、陕西地区部分品种，坚果与底座大小中等，坚果厚度较大，果形以圆形或短椭圆形为主，底座长椭圆形；北京、河北、山东地区部分品种，特征为坚果、底座均小于其它地区，坚果厚度适中，果形以椭圆形为主，底座短椭圆形。

2.1.2不同板栗品种坚果表型变异特征 对80个板栗品种的21个坚果表型性状基本参数及多样性进行统计，结果（表3）表明：不同板栗品种在坚果表型性状间表现出较高的多样性，变异系数为4.05%～42.28%，有12个性状的变异幅度大于20.00%，其中系数较大的为坚果横切面周长（42.28%）、底座面积（37.42%），坚果横切面积（30.41%）、坚果面积（30.38%），这些指标主要与板栗大小有关，证明不同板栗品种代表坚果大小相关性状的遗传稳定性较低；变异系数较小的为坚果圆度（4.05%）、果形指数（5.43%）、底座宽／厚度（9.15%），这些指标主要代表坚果的形态指标，证明不同板栗品种在形态及相关比值方面变异较稳定。

对80个板栗品种在同一性状下进行方差分析，用于样本均数差别的显著性检验，探究板栗坚果相关性状在群体间和群体内的差异性。表4表明：坚果圆度、果形指数、底座圆度3个指标在群体间和群体内均差异不显著；相对底座大小、底座弧长／周长、底座面积／横切面积、底座长，横径、底座宽／厚度、底座长宽比6个指标在群体间差异极显著，而在群体内差异不显著。此外，其它性状指标在群体内和群体间均差异极显著。

综上所述，来源于不同地区的不同板栗品种在所选取的坚果表型相关指标上部分表现较大的差异，证明品种变异丰富，在群体内差异明显说明性状易受环境影响。因此，为探究稳定性指标，初步筛选出变异系数较小的9个指标作为稳定性指标，即坚果圆度、果形指数、底座圆度、相对底座大小、底座弧长，周长、底座面积／横切面积、底座长／横径、底座宽，厚度、底座长宽比。

2.2坚果表型指标与环境因子相关性

对不同板栗坚果表型指标与气象因子之间进行相关性分析，相关系数（表5）显示：坚果面积、坚果周长、横切面积、坚果横径、纵径、底座面积、底座周长、底座长、底座宽、外侧面弧长11个指标均与年平均温度、生长季平均温度、年降水量、生长季降水量呈极显著正相关，与年日照时数、生长季日照时数呈极显著负相关；坚果横切面周长与年日照时数呈极显著负相关；底座圆度与生长季平均温度呈极显著负相关；果形指数、相对底座大小、底座长／横径均与年平均温度呈显著正相关；底座面积／横切面积、底座宽／厚度与生长季降水量呈显著正相关。

综合来看，坚果大小及底座大小相关指标极易受到光照、温度、降水等因素的影响，而坚果圆度、果形指数、底座长宽比、相对底座大小、底座弧长／坚果周长、底座面积／横切面积、底座长／横径、底座宽／厚度8个指标与环境因子的相关性显著度较低，受环境影响较小，可以作为相对稳定性指标。

2.3表型指标稳定性验证

选择多地栽培的3个板栗品种进行试验，探究环境对表型指标的影响，验证筛选出稳定性指标的可靠性。结果（表6）显示：3个板栗品种的9个板栗坚果表型指标变异系数为1.13%～5.99%，变异系数均小于6.00%，表明具有较高的遗传稳定性，且3个板栗品种变异规律一致。方差分析检验结果（表7）表明：除‘燕山早丰（F=3.32）、‘处暑红（F=4.62）底座圆度指标在区域间存在显著差异外，其它指标在区域间及个体间均差异不显著。

3讨论

3.1板栗坚果表型多样性分析

板栗在我国分布广泛，不同生态环境使板栗在表型指标上存在差异。综合来看，南方板栗品种显著大于北方品种，尤其是湖北、江苏、安徽等长江中下游地区板栗最大，这与江锡兵等、樊晓芸等的研究结果一致。品种资源的遗传多样性主要与群体内个体的基因差异有关，是生物遗传多样性的重要组成部分。对表型性状进行数据统计，对品种分类及资源培育具有重要作用。此外，在植物中生殖器官（花、果实、种子）的遗传变异最稳定，因此，本研究选择板栗坚果进行形态分析，对筛选稳定性性状较可靠。

变异系数反映数据离散程度的绝对值，变异系数越大，则性状值离散程度越大。本研究以来自不同板栗产区的80个板栗品种所统计的21个表型指标中，变异系数分布在4.05%～42.28%，差异较大，其中，坚果形态指数、底座形态指数及相关比值等指标变异系数最小，这与陈旭等、江锡兵等、刘亚斌等对板栗坚果表型研究中形态指标在板栗品种间变异较小的结果一致，说明这些指标在自然选择中表现出较强的适应性。本研究根据性状遗传变异初步筛选出9个相对稳定性指标，其中，大多为底座相关指标，也证明了底座在不同板栗品种坚果表型鉴定的重要性，这与刘庆忠的理论一致，而底座研究一直以来都是板栗坚果表型研究的不足之处。

3.2坚果表型指标与环境因子相关性

植物表型与其本身基因型及外部环境的共同作用有关，要实现利用表型进行品种鉴定需探究环境与表型的相关性，筛选出相对稳定指标。结果证明，板栗作为喜光树种，其坚果及底座大小极易受到光照、日照时数、降水量等环境因素影响，尤其是生长季（6-9月）的气候条件，这与杜常健、王姝的研究一致。

3.3板栗坚果表型稳定性指标筛选

植物表型鉴定需要在适宜其生长的环境下鉴定，若要考察其稳定性，降低环境对表型数据的干扰，则应采取多环境方式鉴定。本研究首先选取不同来源地的板栗品种进行表型性状对比分析，得到变异系数较小指标，再利用来自不同地区的同一品种进行性状分析，以考察性状在不同环境下的变异性，选出适于全国主栽品种的较稳定指标。结果表明，代表坚果及底座大小等相关指标均易受环境的影响。只有果形指数、坚果圆度、相对底座大小、底座长宽比、底座弧长／坚果周长、底座面积，横切面积、底座长，横径、底座宽／厚度8个指标变异系数较小且同一品种在不同区域间也无显著差异，说明在不同环境中的稳定性高。李亚兰等研究证明了核桃（Jug/ans regia Carl von Linne.）坚果的横纵截面形态比值指标在不同环境中变异较小；MartinGomez等研究证明了同一品种杉木（Cunninghamia lanceolata （Lamb.）Hook.）种子在不同环境下长短轴之比等形态指标变异较小，均与本研究结果相似，说明坚果相关比值指标是较稳定指标。

4结论

板栗坚果表型性状在不同品种间存在丰富的遗传变异，其中，代表坚果大小相关指标、底座大小相关指标极易受到环境气候因子的影响，不适宜品种间鉴定，而筛选出的坚果圆度、果形指数、相对底座大小、底座长宽比、底座弧长／坚果周长、底座面积／横切面积、底座长／横径、底座宽／厚度8个具有稳定性的差异指标，更适用于全国板栗品种鉴定，为实际生产应用中板栗品种区分提供参考。